Исследователи из Университета штата Айова (Iowa State University), сделали большой шаг на пути решения давней проблемы, связанной с ускоренным созданием чистых генетических линий.
Использование удвоенных гаплоидов (DH) стало одной из основных технологий, лежащих в основе современной селекции кукурузы и ряда других сельскохозяйственных культур, ведь возможность получить гомозиготные линии за 2 года экономит много времени селекционерам. Однако у технологии DH есть как преимущества, так и весомые недостатки. Во-первых, требуется создание «гаплоидных» растений, несущих только один материнский геном. Затем единый геном гаплоидного растения удваивается с помощью химического процесса, который ускоряет развитие генетически чистых инбредных линий. Одним из основных узких мест технологии DH является то, что гаплоидные мужские цветки обычно стерильны. Эта проблема требует воздействия на сеянцы токсичным химическим веществом колхицином, который вызывает удвоение генома и возвращает фертильность мужским цветкам. Процесс трудоемкий и затратный.
Исследование, опубликованное недавно в журнале Nature Plants, рассказывает об обнаруженной мутации, которая восстанавливает мужскую фертильность у гаплоидов без использования колхицина. Команда ученых продемонстрировала, что использование мутаций, которые изменяют положение механизма веретена во время мейоза, может восстановить мужскую фертильность гаплоидных растений.
Механизм веретена помогает поддерживать деление клеток в нужном направлении. Во время нормального мейоза у обычных «диплоидных» растений, содержащих два набора хромосом, веретена расположены перпендикулярными парами, которые легко выстраиваются в линию. У гаплоидных растений хромосомы распределяются неравномерно во время клеточного деления, что приводит к высокой частоте бесплодия на следующих фазах размножения.
Ученые предположили, что совокупность генетических аномалий, известных как мутанты параллельного веретена или “мутанты ps” (“ps mutants”, от “ps” – parallel spindle), которые изменяют положение веретена в параллельное, а не перпендикулярное положение во время мейоза, может улучшить мужскую фертильность у гаплоидов. Они проверили эту гипотезу на модельном растении Arabidopsis thaliana, которое часто используется в качестве «предшественника» для работы с кукурузой и некоторыми другими видами сельскохозяйственных культур.
И это сработало — гаплоидные растения-мутанты выросли, и большинство из них были фертильными. Результаты подтверждают их идею о том, что неравномерную расстановку волокон веретена деления во время критической фазы мейоза у гаплоидных мужских особей можно преодолеть, используя тенденцию мутантов вызывать более горизонтальное формирование веретена.
«Использование этой мутации при решении проблемы мужской фертильности у гаплоидных растений имеет большие перспективы для преодоления ресурсоемких протоколов, требующих применения химических методов удвоения генома для получения линий DH», — говорят ученые.
Ученые считают, что выявленные ими полезные мутации могут быть применены — с некоторыми модификациями — к кукурузе и другим культурам.
Источник: https://www.iastate.edu/